IGCCガス化炉下部からの溶融スラグの流動計算

摘要

近年，石炭の有効利用と環境負荷の低減を目的として，石炭ガス化複合発電（Integrated coal Gasification Combined Cycle:IGCC）が注目されている。IGCCでは高温·高圧のガス化炉で石炭からCOやH_2,などの燃料ガスを得た後，ガスタービンで燃焼し発電を行う。さらに，この廃熱を利用して蒸気タービンでも発電する複合発電システムである。石炭ガス化炉において,石炭をガス化した際に生じる溶融スラグはガス化炉下部のスラグホールから排出される。その排出されたスラグは，ガス化炉下部に設置されたスラグホッパで急冷されるが，急冷後の形状は石炭の種類や操作条件によって形状が違うとされており，図1に示すように大きく分けて粒状と針状に分類できる。このうち，針状のスラグでは，スラグを砕くスラグホッパでスラグが詰まる可能性があるため，安定に連続運転する上では粒状のスラグとして流下することが望ましいとされている。この形状はスラグホールを流下する際のスラグの流動状況に左右されると考えられ，急冷後の針状スラグの形成を防止するためには,ガス化炉下部の溶融スラグの挙動を知ることが非常に重要であると考えられる。しかし，IGCCのガス化炉下部は高圧で炉の中で最も温度の高い場所であり,実測によってスラグの形状を正確に計測することは難しいと考えられ,数値解析による現象の予測が有効な手段と考えられる。%It is important to know the flow pattern of molten slag discharged out from the bottom of gas furnace for the safe and stable operation of Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) systems. In the present study, the flow patterns of molten slag are simulated by Lattice Boltzmann method. As a result, the flow patterns can be classified by two dimensionless numbers, Froude number and Ohnesorge number. It was found that the flow pattern translates from liquid drop to liquid film with increase of Froude number and Ohnesorge number. A comparison of this flow pattern map showed good agreement with experimental results.